반사 광학 시스템은 주로 높은 이미징 품질을 달성하면서 색수차를 피하는 능력으로 인해 오늘날 다양한 분야에서 널리 사용됩니다. 굴절 시스템에 비해 반사 시스템은 렌즈 굴절 대신 거울 반사를 사용하여 광학 요소가 적고 광학 성능 안정성이 높아집니다. 이 기사에서는 다양한 환경에서 반사 시스템의 기본 구조, 특성 및 광학 특성을 탐구합니다. 이 기사가 독자들에게 도움이되기를 바랍니다.
슈미트 광학 시스템은 주로 천문 망원경 및 기타 고정밀 이미징 장치에 사용되는 일반적인 유형의 반사 광학 시스템입니다. 디자인의 핵심은 구면 수차를 효과적으로 수정하여 이미징 품질을 향상시키는 Schmidt 보정 판을 사용하는 것입니다. 슈미트 광학 시스템의 기본 구조는 구형 1 차 거울과 슈미트 보정 판을 포함하며, 일반적으로 1 차 거울의 곡률 중심에 배치됩니다.
비구형 광학 요소는 반사 광학 시스템에서 중요한 역할을합니다. 비정형 거울은 수차를 효과적으로 수정하고 이미징 품질을 향상시킬 수 있습니다. 단일 포인트 다이아몬드 선회와 같은 현대의 제조 기술은 대구경 비구면 거울의 생산을 더욱 가능하게 만들었다. 이러한 기술 발전은 고정밀 이미징 분야에서 반사 광학 시스템의 적용을 확대했습니다.
광 전송의 관점에서, 렌즈 시스템과 미러 시스템 간에는 근본적인 차이가 있다. 렌즈 시스템에서, 빛은 종종 직접 통과하여 입구 동공의 전체 구멍을 이용한다. 대조적으로, 거울 시스템은 고전적인 이중 거울 Cassegrain 시스템에서 볼 수 있듯이 거울이 서로를 방해 할 수 있기 때문에 본질적으로 다릅니다. 이러한 특성은 중간 주파수에서 MTF (Modulation Transfer Function) 곡선의 현저한 저하를 초래할 수 있다.
반사 시스템은 굴절 시스템에 비해 특정 이점을 갖는다. 첫째, Snell의 법칙에 따르면 모든 파장에 대한 굴절률은 거울에 대해-1 로 간주 될 수 있으므로 반사 시스템이 색수차를 피할 수 있습니다. 이는 대형 조리개 및 광각 설계에 특히 효과적이다. 둘째, 반사 시스템은 일반적으로 더 적은 광학 요소를 요구하여 제조 비용 및 유지 보수 어려움을 줄입니다. 거울 표면은 광학 재료에 의해 제한되지 않기 때문에 반사 시스템은 천문학 및 항공 우주와 같은 분야에서 중요한 큰 구멍을 얻을 수 있습니다. 또한, 거울의 설계 자유도는 더 높으며, 자유형 표면은 대중적인 연구 방향이다.
반사 시스템은 중앙 장애물을 제외하고 미러 간의 상호 간섭에 직면하여 정렬 난이도를 크게 증가시킵니다. 지지 구조 및 기타 기계적 구성 요소는 시스템의 소형화에 더 추가되어 종종 광학 요소가 줄어 듭니다. 광 차단 및 구성 요소 간섭의 문제는 반사 시스템의 시야를 제한합니다. 제한된 요소들로 인해, 반사 시스템은 비구면 표면을 사용하여 수차를 제어하는 것을 피하는 것이 어려워진다. 가장 원시적 인 반사 광학 시스템은 구형 1 차 거울이 거의 축선 점만 선명하게 유지하는 뉴턴 시스템입니다.
반사 광학 시스템의 열 특성은 주로 재료의 열팽창 계수에 의해 결정됩니다. 반사 시스템이 알루미늄과 같은 단일 재료로 만들어진 경우 열 효과는 일반적으로 무시할 수 있습니다. 이는 균일한 온도 변화 하에서 전체 시스템이 균일하게 팽창하거나 수축하기 때문이다. 모든 시스템 파라미터 (예: 미러 곡률) 가 비례하여 스케일링되기 때문에 수차가 발생하지 않으며 이미징이 명확합니다. 그러나, 실제 적용에서, 반사 시스템은 다수의 재료를 필요로 할 수 있어, 열 구배 효과를 크게 한다. 다른 재료가 다른 열 팽창 계수를 가질 때,또는 시스템 내에 온도 차이가있는 경우 열 구배로 인해 다른 부품이 다르게 확장되거나 수축되어 시스템의 광학 성능에 영향을 줄 수 있습니다. 이러한 경우에, 이미징은 특히 큰 온도 변화를 갖는 환경에서 수차 또는 왜곡을 나타낼 수 있으며, 잠재적으로 이미지 품질 안정성에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 다중 재료를 사용하거나 열 구배를 경험하는 반사 시스템의 경우, 열 특성의 신중한 평가가 필수적이다. 설계자는 재료의 열팽창 계수, 시스템 매개 변수에 대한 온도 변화의 영향 및 이미징 품질에 대한 잠재적 영향을 고려해야합니다. 정확한 열 분석을 통해 광학 성능에 대한 이러한 열 효과를 예측하고 최소화 할 수 있습니다.
Catadioptric 시스템의 경우 앞서 언급 한 열팽창 문제를 해결하기 위해 많은 고정밀 거울은 Zerodur와 같은 재료를 사용합니다. Zerodur는 열팽창 계수가 거의 0 이므로 온도 변화에 따라 안정적인 치수 변화를 유지할 수 있습니다. 따라서 Zerodur는 대구경 거울, 특히 천문 망원경 및 기타 고정밀 광학 시스템에서 널리 사용됩니다. 이 재료를 사용하는 반사 시스템은 열 팽창으로 인한 수차를 피하면서 상당한 온도 변화가있는 환경에서 우수한 광학 성능을 유지할 수 있습니다.
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